浅议高中物理实验教学的优化与创新
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【中国分类号】G633.7
创新是民族的灵魂，是国家兴旺发达的不竭动力。随着素质教育的不断深入，培养学生的创新能力已经成为进一步推进素质教育的重点。众所周知，物理是一门以实验为基础的学科，因此实验教学是培养学生创新能力的主要阵地之一，但由于受传统教育的影响，目前绝大多数的物理实验教学仍为“按部就班”的传统模式，这与新时期“培养素质，提高能力，勇于创新”的教学思想是极不适应的。为此，笔者认为优化现有物理实验在培养学生的创新精神和能力方面有着重大意义。从物理实验的角度来看，为了培养学生的创新精神和能力，可以改进实验教学方法，注重实验的创新与设计从而培养学生的实验意识，或利用实验显示知识获取的过程，以充分发挥物理实验在培养学生创新精神、探究能力、创造能力方面的特殊功效。本文将结合笔者的教学实践，谈谈优化物理实验教学，培养学生创新能力的途径与思考。
一、 课堂演示实验的优化与创新
从能力角度分析，课堂演示实验不仅要向学生提供学习某些知识所需的背景材料，更应注重通过演示实验培养学生的理论思维能力，因此课堂演示实验不应将其仅仅视为引入课题，激发学生兴趣的手段，而更应多挖掘其在培养学生的创新精神和能力方面的作用。
1、方法的优化与创新---开展随堂探究性实验
教材中某些教学内容原为演示实验，但若将其设计为随堂探索性实验，则更可激发和满足不同层次学生的探索与创新欲望．使他们在自己“探索”物理规律的实验过程中把动手和动脑结合起来，从而培养和锻炼自身的创新能力，并使教学达到不同层次的创新能力培养目标。例如“牛顿第二定律”一节教学中，在研究物体加速度与什么因素有关时，教师可指导学生运用物理学中控制变量的科学方法，由学生随堂进行探究性实验，从而自己通过研究探寻到物体加速度与外力、质量间的关系。探索性实验教学较单一的课堂演示教学有更广阔的活动空间和思维空间，为学生创造了物理环境，扩大了师生在课堂内的信息交流，有利于在教师主导下发挥学生的主体作用。除此之外，高中物理中可开展该种教学方式的内容还有欧姆定律、串联并联电路、电磁感应现象等。
2、效果的优化与创新---设计演示实验
为了显示知识的获取过程，许多概念和规律的建立教材中均配置了相应的演示实验，但效果不甚理想，教师在教学中可运用各种创造技法，如缺点列出、逆向、强化、模拟、组合、比较、需求、替代、挖掘潜力等技法，与学生共同改进设计演示实验。例如“振动”一节中简谐振动图象的描绘，教材上利用一端绑有毛笔的钢锯条进行，但在实际操作中发现如下缺点（1）毛笔、钢锯条受到纸面、金属杆及空气的较大阻力，故所得图象并非正弦（余弦）曲线，而是位移随时间逐渐减小的图象；（2）演示时纸面平铺在讲台上，绝大多数学生都不能直接观察到图象的形成过程。针对上述问题，运用缺点列出技法，在演示之后，我让学生自己分析形成实际图象的原因，并且提示他们改进设计的方向。经过一段时间的研究，师生共同探讨出如下方案：利用幼儿磁性画板、画笔，画笔与弹簧、金属块连接形成振子固定在支架上且画笔为水平位置，画板竖直放入支架与画笔之间，且稍与之接触。操作时让画板水平移动（画笔不动），形成时间轴；再让振子（画板不动）振动，形成位移轴，最后让振子振动的同时匀速拉动画板，即可得到清晰、正确的振动图象。这一设计的优点在于：（1）磁性画板、画笔均较为光滑，
摩擦阻力很小，故所得的图象较为正确且可直接得到时间轴和位移轴。（2）操作、演示、观察均简便易行。再如“牛顿管”实验若运用逆向技法改抽气为充气，则可将空气阻力的作用明显表现出来，从而推出若空气越稀薄物体下落速度越接近的结论。又如“液体的表面张力”若运用比较技法采用一边带活动金属杆的光滑矩形金属框架进行演示则金属杆的移动时间较长，便于学生观察思考，且实验由静态改进为动态，增强了实验的直观性与学生的求知欲，激发了学生研究探讨物理知识的兴趣。
二、学生实验的优化与创新
学生实验是学生在教师指导下进行的相对独立的实践活动，教师若能在原有实验基础上通过改变实验目的和要求，提出新的实验课题，并适当增加实验器材，对原有实验进行创新改进，设计完成新课题的方案，则可培养学生改进实验和设计新实验的创新能力。
1、 实验原理的扩展与方法的创新
为了同一个实验目的，可以选择不同的实验原理，从而创造出不同的实验情景和操作方法。这是学生实验教学中可挖掘的创新因素，也是培养学生理论联系实际能力和实验创新能力的一个极好素材。例如，在“用电流表和电压表测定电池的电动势和内阻”的实验教学结束后，可向学生提出：本实验运用了U=ε-Ir的公式通过测电流和电压的方法测电池电动势ε和内阻r的值，那么能否运用我们学过的其它知识来测定ε、r的值呢？事实上，根据闭合电路欧姆定律I=ε/(R+r)利用电流表和电阻箱可以测定ε、r的值，或利用电压表和电阻箱也可以测定ε、r的值。
2、 实验条件的变换与学生应变能力的培养
实验条件的改变，将要求学生在新的条件下运用所学的物理规律，创造性地测定相关物理量，并处理实验数据而达到同样的实验目的。例如，对于“研究平抛物体的运动”实验，可改变“已知抛出点”的实验条件，可让学生思考：实验时若只在白纸上画上与初速度平行的Ox轴，并且只描出中间一部分轨迹，而忘了画坐标原点O（抛出点）和Oy轴，则如何只用一根刻度尺算出小球的初速度v0？引导学生在曲线上选取三个点，令相邻两个点间的水平距离s相等，测出s，再测出相邻两个点间的竖直距离y1、y2，最后由v0=s/(√2y2/g-√2y1/g)求得v0。
在现有条件下，有一部分物理实验如“α粒子散射实验”、“查德威克实验”、
“天然放射现象”、“核反应”等近代物理实验在中学阶段因条件所限是无法完成的，若能充分利用现代化的资源――网络下载一些图象、文字、声音、动画、视频影像甚至是一些课件,并且将这些形式有机的融为一体进行模拟实验则可产生生动、形象、准确的演示效果，从而突破教学难点。
优化物理实验教学，可使学生在潜移默化中增强实验意识，切实加强实验教学，更可提高学生的实验能力。探索构建以实验为主线的中学物理教学体系，同时也可改变教师的教学方式和学生不良的学习习惯，从而培养学生科学习惯和方法以及探索创新精神和实践能力。